Con el rápido desarrollo de las comunicaciones inalámbricas, los sistemas de radar y los equipos electrónicos militares, la demanda de alto rendimiento, alta integración y miniaturización en los sistemas de RF es cada vez más urgente. En este contexto, Chips de RF son los componentes centrales del front-end de RF, y su diseño y tecnología de modelado son cruciales para mejorar el rendimiento del sistema. Especialmente en la era post-Moore, en la que el escalado de procesos tradicional se enfrenta a cuellos de botella, la tecnología de modelado basada en IP para Chips de RF ha surgido como una vía esencial para lograr una rápida iteración del sistema y un diseño colaborativo eficiente.

Antecedentes e importancia del modelado RF Chip IP

Modelado RF Chip IP se refiere a la encapsulación de funcionalidades, rendimiento e información de diseño de chips de RF en núcleos de propiedad intelectual (IP) reutilizables, lo que permite llamarlos e integrarlos rápidamente en diferentes sistemas, de forma similar a los núcleos de IP digitales. Esta tecnología es especialmente adecuada para módulos de circuitos clave como amplificadores de potencia e interruptores en procesos semiconductores de tercera generación como GaAs y GaN. Al construir modelos precisos de los dispositivos y combinarlos con la simulación de la disposición de los chips, es posible crear IP de chip de RF que reflejan todas las características del chip, lo que permite colaborar en el diseño y la predicción del rendimiento desde el dispositivo hasta el sistema.

Fundamentos teóricos del modelado de chips de RF

El modelado de chips de RF se divide principalmente en modelos de comportamiento y modelos compactos. Los modelos de comportamiento se basan en relaciones de entrada-salida para crear un mapeo de caja negra, lo que los hace adecuados para la simulación a nivel de sistema. Los modelos compactos, por su parte, construyen circuitos equivalentes a partir de las propiedades físicas del dispositivo y proporcionan un significado físico claro y escalabilidad. En Chips de RF, Los HEMT y los diodos PIN son dos dispositivos activos clave, y sus mecanismos operativos y la precisión de sus modelos influyen directamente en la predicción del rendimiento global del chip.

Prácticas de modelado para chips de RF con amplificadores de potencia de GaAs y GaN

En este artículo se presentan modelos IP tanto de chips amplificadores de potencia de GaAs para ondas milimétricas como de chips amplificadores de potencia de GaN para banda X:

En Tecnología GaAs: Se utilizó un modelo empírico EEHEMT y, mediante la comprobación y el ajuste de CC, parámetros S y características de señal grande, se creó un modelo de amplificador de potencia con una precisión superior a 90% en el rango de frecuencias de 29-39 GHz.

En Tecnología GaN: Se propuso un modelo cuasi-físico de partición de regiones, que tiene plenamente en cuenta los efectos del autocalentamiento y los efectos trampa. La potencia de salida y la precisión de la predicción de ganancia en la banda X superan los 95%.

Ambos modelos se combinaron con simulaciones de diseño de chips para verificar su aplicabilidad en circuitos reales, demostrando la gran capacidad de predicción de IP de chip de RF en sistemas prácticos.

Exploración del modelado de chips de RF con interruptor PIN

Para los chips de conmutación de diodos PIN basados en GaAs, se desarrolló un modelo físico a partir de la ecuación de difusión bipolar, considerando la modulación de la conducción y los efectos de almacenamiento de portadora. A continuación, el modelo se representó con precisión en los dominios de la frecuencia y el tiempo mediante la aproximación de Pade y métodos de circuitos equivalentes. El modelo, combinado con el diseño del conmutador para la simulación, demostró una buena precisión en escenarios de pequeña señal y de gran señal parcial, proporcionando apoyo técnico para el establecimiento de IP de tipo conmutador en Chips de RF.

Conclusión y perspectivas

Este artículo estudia sistemáticamente las tecnologías clave de la modelización basada en la propiedad intelectual para Chips de RF, que abarca el enfoque de enlace completo desde la física del dispositivo hasta la simulación del sistema. Mediante el desarrollo de modelos precisos para chips de amplificadores de potencia de GaAs y GaN y chips de interruptores PIN, se ha comprobado el enorme potencial del modelado IP para mejorar la eficiencia del diseño y acortar los ciclos de I+D.

En el futuro, Modelado RF Chip IP La tecnología aún se enfrenta a los siguientes retos y direcciones de desarrollo:

Mejorar aún más la convergencia del modelo y la coherencia física, especialmente en términos de capacitancia no lineal y acoplamiento termo-electro-trampa.

Desarrollar marcos de modelización más versátiles y escalables para Chips de RF que gestionan aplicaciones multiproceso, multifrecuencia y multifunción.

Reforzar la integración profunda de los modelos con las herramientas EDA para promover la normalización y el uso generalizado de IP de chip de RF en el sector.

En conclusión, el modelado basado en IP de Chips de RF no sólo es una tendencia inevitable del desarrollo tecnológico, sino también el motor central para lograr un desarrollo de alto rendimiento, ciclo corto y bajo coste para la próxima generación de sistemas de RF. Con la mejora continua de los métodos de modelado y la ampliación de los escenarios de aplicación, IP de chip de RF desempeñará un papel cada vez más importante en campos como el 5G/6G, las comunicaciones por satélite y la electrónica de defensa.